ES2935465T3 - Rotor para una turbina eólica con una unidad de cojinete de regulación de paso - Google Patents

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Anna Elena Teidelt
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Abstract

Se divulga un rotor (1) para una turbina eólica. El rotor (1) comprende un buje (11) y al menos una pala de aerogenerador (10), estando cada pala de aerogenerador (10) montada sobre el buje (11) a través de una unidad de rodamiento (2). Cada unidad de rodamiento (2) comprende un elemento de rodamiento (3) en forma de C que forma un anillo interior y un elemento de rodamiento (4) en forma de T que forma un anillo exterior. El elemento de apoyo en forma de C (3) comprende una primera parte de elemento de apoyo (12) y una segunda parte de elemento de apoyo (13). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Rotor para una turbina eólica con una unidad de cojinete de regulación de paso
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un rotor para una turbina eólica, comprendiendo el rotor un buje y al menos una pala de turbina eólica que está montada en el buje a través de una unidad de cojinete. El rotor de la invención es muy adecuado para manejar cargas extremas en las unidades de cojinete de las palas de turbina eólica. La presente invención se refiere además a una turbina eólica que comprende un rotor de este tipo.
Antecedentes de la invención
Las turbinas eólicas normalmente comprenden una torre que tiene una góndola montada sobre la misma, y con un rotor montado de manera rotatoria en la góndola. Se montan un número de palas de turbina eólica en el rotor para captar el viento entrante y hacer que el rotor rote en relación con la góndola. Las palas de turbina eólica pueden montarse en el rotor a través de unidades de cojinete para permitir que las mismos realicen movimientos de regulación de paso, es decir, con el fin de permitir que las palas de turbina eólica cambien el ángulo de ataque entre el viento entrante y las palas de turbina eólica.
Las unidades de cojinete que interconectan las palas de turbina eólica y el buje pueden tener cada una la forma de una unidad de cojinete de rodillos de tres filas, es decir, una unidad de cojinete que comprende tres pares de pistas de rodadura, cada una alojando una pluralidad de rodillos. Tales unidades de cojinete de rodillos de tres filas pueden comprender un elemento de cojinete en forma de C y un elemento de cojinete en forma de T dispuestos coaxialmente con respecto a un eje de rotación del cojinete, y con los pares de pistas de rodadura formados entre los mismos, y con la pala de turbina eólica unida a uno de los elementos de cojinete y el buje unido al otro elemento de cojinete.
Con el fin de ensamblar una unidad de cojinete de este tipo, es necesario dividir el elemento de cojinete en forma de C en dos partes de elemento de cojinete. Cuando la unidad de cojinete se somete a altos momentos de vuelco desde la pala de turbina eólica, las dos partes de elemento de cojinete son propensas a deslizarse una con respecto a la otra en la interfaz definida entre las mismas. Si las dos partes de elemento de cojinete se deslizan una con respecto a la otra de esta manera, la carga posterior combinada con la regulación de paso de la unidad de cojinete puede acelerar el desgaste y el fallo por fatiga de la unidad de cojinete.
Además, un alto momento de vuelco sobre la unidad de cojinete puede hacer que la interfaz entre las partes de elemento de cojinete se abra. Cuando esto ocurre, pernos de pala que sujetan las dos partes de elemento de cojinete entre sí estarán altamente sometidos a tensión, y esto puede dar como resultado la fractura de perno o la pérdida de la tensión previa de perno, lo que a su vez puede conducir a un fallo prematuro de los pernos o deslizamiento en la interfaz entre las partes de elemento de cojinete.
Se ha supuesto previamente que, para abordar los problemas descritos anteriormente, la interfaz entre las partes de elemento de cojinete debe colocarse de manera que las cargas que van a transferirse entre la pala de turbina eólica y el buje no pasen por la interfaz.
El documento US 8.282.353 B2 da a conocer una unidad de cojinete para una pala de rotor larga. La unidad de cojinete comprende dos elementos anulares que pueden hacerse rotar entre sí y están conectados directa o indirectamente al buje de pala de rotor y a la pala de rotor. Al menos dos pistas de recorrido pueden estar escalonadas axialmente entre sí y comprenden cuerpos de rodadura periféricos. El documento US2012/243819 A1 da a conocer otro ejemplo de una unidad de cojinete para una pala de rotor, que comprende varias pistas de recorrido.
Descripción de la invención
Es un objeto de realizaciones de la invención proporcionar un rotor para una turbina eólica, en el que el riesgo de deslizamiento de partes de elemento de cojinete de uno de los elementos de cojinete se reduce en comparación con los rotores de la técnica anterior.
Es un objeto adicional de realizaciones de la invención proporcionar un rotor para una turbina eólica, en el que el riesgo de fallo por fatiga prematuro de unidades de cojinete se reduce en comparación con los rotores de la técnica anterior.
Según un primer aspecto, la invención proporciona un rotor para una turbina eólica, comprendiendo el rotor un buje y al menos una pala de turbina eólica, estando cada pala de turbina eólica montada en el buje a través de una unidad de cojinete, comprendiendo cada unidad de cojinete:
- un elemento de cojinete en forma de C que define una superficie dispuesta axialmente y dos superficies dispuestas radialmente, formando el elemento de cojinete en forma de C un anillo interior de la unidad de cojinete,
- un elemento de cojinete en forma de T que comprende una parte sobresaliente dispuesta entre las superficies dispuestas radialmente del elemento de cojinete en forma de C, formando el elemento de cojinete en forma de T un anillo exterior de la unidad de cojinete,
- un primer par de pistas de rodadura que está formado entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y una primera superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C, un segundo par de pistas de rodadura que está formado entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y una segunda superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C, y un tercer par de pistas de rodadura que está formado entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y la superficie dispuesta axialmente del elemento de cojinete en forma de C,
en el que el buje está unido a uno del elemento de cojinete en forma de C y el elemento de cojinete en forma de T y una pala de turbina eólica está unida al otro del elemento de cojinete en forma de C y el elemento de cojinete en forma de T, y
en el que el elemento de cojinete en forma de C comprende una primera parte de elemento de cojinete y una segunda parte de elemento de cojinete, y una interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete está colocada de manera que el tercer par de pistas de rodadura está formado entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y la primera parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C y el buje o la pala de turbina eólica se une a la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C.
Por lo tanto, según el primer aspecto, la invención proporciona un rotor para una turbina eólica. El rotor comprende un buje y al menos una pala de turbina eólica. Cada pala de turbina eólica está montada en el buje a través de una unidad de cojinete, permitiendo de ese modo que las palas de turbina eólica realicen movimientos de regulación de paso con respecto al buje.
Cada unidad de cojinete comprende un elemento de cojinete en forma de C y un elemento de cojinete en forma de T, y el elemento de cojinete en forma de C forma un anillo interior de la unidad de cojinete y el elemento de cojinete en forma de T forma un anillo exterior de la unidad de cojinete. Por consiguiente, las unidades de cojinete están dispuestas coaxialmente alrededor de un eje de rotación de la unidad de cojinete, con el elemento de cojinete en forma de C más cerca del eje de rotación de la unidad de cojinete que el elemento de cojinete en forma de T.
En el presente contexto, el término “elemento de cojinete en forma de C” debe interpretarse en el sentido de un elemento de cojinete que tiene una sección transversal con una forma que es similar a una 'C', es decir, que define un rebaje que puede recibir una parte sobresaliente de otro elemento de cojinete.
De manera similar, en el presente contexto, el término “elemento de cojinete en forma de T” debe interpretarse en el sentido de un elemento de cojinete que tiene una sección transversal con una forma que es similar a una 'T', es decir, con una parte sobresaliente. Sin embargo, debe entenderse, que el elemento de cojinete en forma de T podría tener, en cambio, una sección transversal con una forma que es similar a una 'L' o similar, siempre que el elemento de cojinete en forma de T tenga una parte sobresaliente que puede recibirse en el rebaje definido por el elemento de cojinete en forma de C.
Por lo tanto, el elemento de cojinete en forma de C define una superficie dispuesta axialmente y dos superficies dispuestas radialmente. En el presente contexto, el término 'dispuesto axialmente' debe interpretarse en el sentido de que la superficie se extiende sustancialmente paralela al eje de la rotación de la unidad de cojinete. De manera similar, en el presente contexto, el término 'dispuesto radialmente' debe interpretarse en el sentido de que cada una de las superficies se extiende a lo largo de una dirección radial con respecto al eje de rotación de la unidad de cojinete, es decir, cada una de las superficies se extiende en un plano que es sustancialmente perpendicular al eje de rotación de la unidad de cojinete. Por consiguiente, la superficie dispuesta axialmente y las dos superficies dispuestas radialmente delimitan un rebaje interior o espacio del elemento de cojinete en forma de C, en el que puede recibirse una parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T.
Se forma un primer par de pistas de rodadura entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y una primera superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C. De este modo, la primera superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C forma un límite, o una pista de rodadura, del primer par de pistas de rodadura y una superficie exterior de la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T forma otro límite u otra pista de rodadura, del primer par de pistas de rodadura, y una pluralidad de elementos de rodillo se colocan entre estas dos pistas de rodadura.
Además, se forma un segundo par de pistas de rodadura entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y una segunda superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C. De manera similar a la descripción anterior con respecto al primer par de pistas de rodadura, la segunda superficie que se extiende radialmente del elemento de cojinete en forma de C y una superficie exterior del elemento de cojinete en forma de T forman límites, o pistas de rodadura, del segundo par de pistas de rodadura, y una pluralidad de elementos de rodillo se colocan entre estas dos pistas de rodadura.
Finalmente, se forma un tercer par de pistas de rodadura entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y la superficie dispuesta axialmente del elemento de cojinete en forma de C. Por consiguiente, la superficie dispuesta axialmente del elemento de cojinete en forma de C y una superficie exterior de la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T forman límites, o pistas de rodadura, del tercer par de pistas de rodadura, y una pluralidad de elementos de rodillo se colocan entre estas dos pistas de rodadura.
Por lo tanto, la unidad de cojinete es una unidad de cojinete de tres filas.
Con el fin de permitir que la unidad de cojinete se ensamble, con la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T dispuesta entre las superficies dispuestas radialmente del elemento de cojinete en forma de C, y con elementos de rodillo dispuestos en los tres pares de pistas de rodadura como se describió anteriormente, es necesario formar el elemento de cojinete en forma de C a partir de dos partes separadas que se conectan entre sí durante el ensamblaje de la unidad de cojinete.
Por consiguiente, el elemento de cojinete en forma de C comprende una primera parte de elemento de cojinete y una segunda parte de elemento de cojinete, que definen una interfaz entre las mismas. La interfaz se coloca de manera que el tercer par de pistas de rodadura se forma entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y la primera parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C, y el buje o la pala de turbina eólica se une a la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C.
Por lo tanto, el tercer par de pistas de rodadura no está formado en la misma parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C que tiene el buje o la pala de turbina eólica unido a la misma. De este modo, las cargas que se originan a partir de, por ejemplo, fuerzas radiales que actúan sobre la pala de turbina eólica, y que es necesario que se transfieran al buje, a través de los elementos de rodillo del tercer par de pistas de rodadura, deben pasar por la interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C. Esto es contraintuitivo, dado que la interfaz normalmente se consideraría como una debilidad en el diseño de la unidad de cojinete.
Sorprendentemente, ha resultado que colocar la interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C de la manera descrita anteriormente da como resultado un mejor manejo de altos momentos de vuelco, mientras que las desventajas esperadas durante el funcionamiento normal con cargas más pequeñas no son tan significativas como las previstas. Por consiguiente, el rotor según el primer aspecto de la invención funciona mejor con respecto al manejo de cargas extremas que los rotores de la técnica anterior.
Es además una ventaja que el elemento de cojinete en forma de C forme un anillo interior de la unidad de cojinete, mientras que el elemento de cojinete en forma de T forma un anillo exterior de la unidad de cojinete, debido a la deformación elástica del anillo interior y el anillo exterior del cojinete, al someterse a un momento de vuelco, da como resultado que el primer y el segundo par de pistas de rodadura permanezcan paralelos, lo que garantiza que los elementos de rodadura se sometan a fuerzas que actúan sobre el centro del rodillo en la dirección en el sentido longitudinal del rodillo. Esto conduce a una distribución más uniforme, y, por lo tanto, presión de contacto más baja entre el elemento de rodadura y los pares de pistas de rodadura, lo que da como resultado una mayor capacidad de cargas extremas y a fatiga de la unidad de cojinete.
El buje puede estar unido al elemento de cojinete en forma de T, y la pala de turbina eólica puede estar unida al elemento de cojinete en forma de C. Según esta realización, el buje está unido al anillo exterior de la unidad de cojinete, y la pala de turbina eólica está unida al anillo interior de la unidad de cojinete.
Como alternativa, la pala de turbina eólica podría estar unida al elemento de cojinete en forma de T, es decir, al anillo exterior de la unidad de cojinete, y el buje podría estar unido al elemento de cojinete en forma de C, es decir, al anillo interior de la unidad de cojinete.
La interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete puede colocarse entre la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T y una superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C, como se ve a lo largo de una dirección axial. Según esta realización, la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T está colocada en un lado de la interfaz, como se ve en la dirección axial, mientras que una de las superficies dispuestas radialmente del elemento de cojinete en forma de C, y, por lo tanto, el correspondiente par de pistas de rodadura, se coloca en otro lado de la interfaz, como se ve en la dirección axial.
La interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C puede colocarse más cerca de la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C que de la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T. Por ejemplo, la interfaz puede colocarse entre el 50 % y el 100 % de la distancia desde la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T hasta la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C, tal como entre el 60 % y el 90 %, tal como aproximadamente el 80 %.
Como alternativa, la interfaz puede estar dispuesta más cerca de la parte sobresaliente del elemento de cojinete en forma de T que de la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C.
La interfaz entre la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C puede intersecar con una parte del elemento de cojinete en forma de C definiendo la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C. Según esta realización, cada una de las partes de elemento de cojinete primera y segunda tiene sustancialmente forma de L, es decir, el elemento de cojinete en forma de C está formado por dos partes de elemento de cojinete sustancialmente en forma de L. Además, se garantiza que cada una de las superficies dispuestas axialmente esté completamente formada en una de las partes de elemento de cojinete.
La primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete del elemento de cojinete en forma de C pueden ensamblarse por medio de pernos. Según esta realización, la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete están unidas por pernos entre sí, formando de ese modo el elemento de cojinete en forma de C, durante el ensamblaje de la unidad de cojinete. Esta es una manera muy fácil y fiable de ensamblar la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete.
Como alternativa, la primera parte de elemento de cojinete y la segunda parte de elemento de cojinete pueden ensamblarse de cualquier otra manera adecuada, por ejemplo, por medio de alambres.
El buje o la pala de turbina eólica puede unirse a una parte que se extiende radialmente del elemento de cojinete en forma de C, definiendo la parte que se extiende radialmente una de las superficies que se extienden radialmente. Como se describió anteriormente, el elemento de cojinete en forma de C puede comprender una parte que se extiende axialmente y dos partes que se extienden radialmente, definiendo un rebaje entre las mismas. La superficie que se extiende axialmente y las superficies que se extienden radialmente se orientan hacia el interior de este rebaje, y los tres pares de pistas de rodadura de la unidad de cojinete, por lo tanto, se colocan en el rebaje. Según esta realización, el buje o la pala de turbina eólica se une a una superficie exterior de una de las partes que se extienden radialmente del elemento de cojinete en forma de C.
Como alternativa, el buje o la pala de turbina eólica puede unirse a una parte que se extiende axialmente del elemento de cojinete en forma de C.
Las superficies que se extienden radialmente del elemento de cojinete en forma de C pueden desplazarse axialmente entre sí. De este modo, el primer y segundo pares de pistas de rodadura también se desplazan axialmente entre sí. Por lo tanto, según esta realización, las superficies que se extienden radialmente, y, por lo tanto, los pares de pistas de rodadura primero y segundo, están dispuestos con una distancia mutua como se ve en la dirección axial.
La pala de turbina eólica puede unirse al elemento de cojinete en forma de C o al elemento de cojinete en forma de T por medio de una pluralidad de pernos, por ejemplo, pernos de acero. Según esta realización, la pala de turbina eólica se une con pernos al elemento de cojinete en forma de C o al elemento de cojinete en forma de T. Esta es una manera muy fácil y fiable de unir la pala de turbina eólica a la unidad de cojinete.
Los pernos pueden recibirse en conectores de tipo zanahoria montados en la pala de turbina eólica. En el presente contexto, el término 'conector de tipo zanahoria' debe interpretarse en el sentido de un pasador de sección decreciente o similar, dispuesto en una parte de raíz de la pala de turbina eólica. Los conectores de tipo zanahoria pueden, por ejemplo, disponerse en orificios escalonados perforados en un extremo de la parte de raíz de la pala de turbina eólica, y pueden fijarse en los orificios por medio de lechada, tal como lechada carbono-epoxi. Como alternativa, la pieza de inserción en la que se reciben los conectores puede formarse en piezas en forma de cuña de material compuesto. Las piezas en forma de cuña pueden producirse mediante moldeo por transferencia de resina. Las piezas en forma de cuña pueden colocarse directamente en un molde de pala durante la fabricación de la pala de turbina eólica. De este modo, puede evitarse un proceso de encolado independiente.
Como alternativa, pueden usarse otros tipos de pernos, tales como pernos con cabeza en forma de T. Como otra alternativa, la pala de turbina eólica puede unirse al elemento de cojinete en forma de C o al elemento de cojinete en forma de T por medio de otros tipos de medios de fijación, tales como alambres pretensados.
El rotor puede comprender además un dispositivo para controlar los movimientos de regulación de paso de la pala de turbina eólica en relación con el buje. Los movimientos de regulación de paso pueden controlarse según diversos parámetros, tal como la velocidad del viento del viento entrante, un nivel de producción de potencia requerido y/o diversas cargas. Por ejemplo, los movimientos de regulación de paso pueden controlarse de manera que se obtenga un ángulo de ataque entre las palas de turbina eólica y el viento entrante, lo que da como resultado una producción de potencia requerida, mientras se garantiza que no se excedan restricciones de carga relevantes.
Los elementos de rodillo dispuestos entre al menos uno de los pares de pistas de rodadura pueden estar dispuestos en celdas. Según esta realización, se mantienen las posiciones relativas de los elementos de rodillo individuales, dado que cada elemento de rodillo está colocado en un compartimento definido por las celdas. De este modo, se garantiza un espaciado correcto entre los elementos de rodillo, y se garantiza que los elementos de rodillo rueden en un radio correcto del cojinete, es decir, se evita que los elementos de rodillo se desplacen hacia fuera o hacia dentro. Las celdas podrían, por ejemplo, estar hechas de un material polimérico.
Como alternativa, los elementos de separación pueden estar dispuestos entre los elementos de rodillo de al menos uno de los pares de pistas de rodadura. De este modo, también se garantiza una separación correcta entre los elementos de rodillo. Sin embargo, los elementos de separación no garantizarán que los elementos de rodillo rueden en un radio correcto.
Según un segundo aspecto, la invención proporciona una turbina eólica que comprende una torre, una góndola montada en la torre, y un rotor según el primer aspecto de la invención montado de manera rotatoria en la góndola. Por lo tanto, la turbina eólica según el segundo aspecto de la invención comprende un rotor según el primer aspecto de la invención. Los comentarios expuestos anteriormente con referencia al primer aspecto de la invención son, por lo tanto, igualmente aplicables en este caso.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los que
la figura 1 es una vista frontal de una turbina eólica,
la figura 2 es una vista en sección transversal de un rotor según una primera realización de la invención,
la figura 3 es una vista en sección transversal de un rotor según una segunda realización de la invención,
la figura 4 es una vista en perspectiva de parte de una unidad de cojinete para el rotor de la figura 2,
la figura 5 es una vista en perspectiva de parte de una unidad de cojinete para el rotor de la figura 3,
la figura 6 ilustra cargas extremas que actúan sobre una unidad de cojinete para un rotor de la técnica anterior, y
la figura 7 ilustra cargas extremas que actúan sobre una unidad de cojinete para un rotor según una realización de la invención.
Descripción detallada de los dibujos
La figura 1 es una vista lateral de una turbina eólica 100 que comprende una torre 101, una góndola 102 acoplada de manera rotatoria a la parte superior de la torre 101 por un sistema de guiñada 103, y un buje rotatorio 11 montado en la góndola 102. Tres palas de turbina eólica 10 están acopladas cada una al buje 11 a través de una unidad de cojinete 2. La góndola 102 y las palas de turbina eólica 10 se giran y se dirigen a la dirección del viento por medio del sistema de guiñada 103. Las palas de turbina eólica 10 se hacen rotar con respecto al buje 11 por medio de las unidades de cojinete 2 para ajustar un ángulo de paso de las palas de turbina eólica 10.
La góndola 102 puede alojar componentes de generación de la turbina eólica, incluyendo el generador, caja de engranajes, tren de transmisión y conjunto de freno, así como equipos convertidores para convertir la energía mecánica del viento en energía eléctrica para su provisión a la red.
La figura 2 es una vista en sección transversal de un rotor 1 según una primera realización de la invención. El rotor 1 comprende una unidad de cojinete 2 que comprende un elemento de cojinete en forma de C 3, que forma un anillo interior de la unidad de cojinete 2, y un elemento de cojinete en forma de T 4, que forma un anillo exterior de la unidad de cojinete 2.
El elemento de cojinete en forma de T 4 comprende una parte sobresaliente 5, que está dispuesta en un rebaje formado por el elemento de cojinete en forma de C 3. Un primer par de pistas de rodadura 6 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y una primera superficie que se extiende radialmente del elemento de cojinete en forma de C 3. Además, un segundo par de pistas de rodadura 7 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y una segunda superficie que se extiende radialmente del elemento de cojinete en forma de C 3. Finalmente, un tercer par de pistas de rodadura 8 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y una superficie que se extiende axialmente del elemento de cojinete en forma de C 3. Por consiguiente, el elemento de cojinete en forma de C 3 y el elemento de cojinete en forma de T 4 pueden realizar movimientos de rotación relativos entre sí, alrededor de un eje de rotación 9, a través de los tres pares de pistas de rodadura 6, 7, 8.
Una pala de turbina eólica 10 está unida al elemento de cojinete en forma de C 3, y un buje 11 está unido al elemento de cojinete en forma de T 4. Por lo tanto, cuando el elemento de cojinete en forma de C 3 y el elemento de cojinete en forma de T 4 realizan movimientos de rotación relativos, la pala de turbina eólica 10 y el buje 11 también realizan movimientos de rotación relativos.
El elemento de cojinete en forma de C 3 comprende una primera parte de elemento de cojinete 12 y una segunda parte de elemento de cojinete 13, teniendo cada una forma de L. Esto permite que la unidad de cojinete 2 se ensamble, con elementos de rodillo dispuestos en los tres pares de pistas de rodadura 6, 7, 8. Una interfaz 14 está formada entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13, y la interfaz 14 está colocada de manera que el tercer par de pistas de rodadura 8 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y la primera parte de elemento de cojinete 12, y la pala de turbina eólica 10 está unida a la segunda parte de elemento de cojinete 13.
Durante el funcionamiento, pueden actuar fuerzas radiales sobre la pala de turbina eólica 10. Tales fuerzas es necesario que se transfieran al buje 11, y esto tiene lugar a través del tercer par de pistas de rodadura 8. Por lo tanto, la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 está dispuesta en la trayectoria de las fuerzas. Sorprendentemente, ha resultado que colocar la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 de esta manera mejora la capacidad de la unidad de cojinete 2 de manejar altos momentos de vuelco u otras cargas extremas, aunque esto es contraintuitivo porque la interfaz 14 normalmente se considera como un punto débil en el diseño.
La figura 3 es una vista en sección transversal de un rotor 1 según una segunda realización de la invención. El rotor 1 de la figura 3 es muy similar al rotor 1 de la figura 2, y, por lo tanto, no se describirá en detalle en este caso.
En el rotor 1 de la figura 3, el buje 11 está unido a la segunda parte de elemento de cojinete 13 del elemento de cojinete en forma de C 3, y la pala de turbina eólica 10 está unida al elemento de cojinete en forma de T 4. Sin embargo, la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 del elemento de cojinete en forma de C 3 todavía está colocada de manera que las fuerzas radiales que actúan sobre la pala de turbina eólica 10 pasan por la interfaz 14 cuando se transfieren al buje 11 a través del tercer par de pistas de rodadura 8.
La figura 4 es una vista en perspectiva de parte de una unidad de cojinete 2 para el rotor de la figura 2. Parte de la unidad de cojinete 2 se ha separado para revelar detalles del interior de la unidad de cojinete 2. Sin embargo, debe entenderse que la unidad de cojinete 2 forma un anillo cerrado. La posición de la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 puede verse claramente. Puede montarse una pala de turbina eólica en la segunda parte de elemento de cojinete 13.
La figura 5 es una vista en perspectiva de parte de una unidad de cojinete 2 para el rotor de la figura 3. Parte de la unidad de cojinete 2 se ha separado para revelar detalles del interior de la unidad de cojinete 2. Sin embargo, debe entenderse que la unidad de cojinete 2 forma un anillo cerrado. La posición de la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 puede verse claramente. Se puede montar un buje en la segunda parte de elemento de cojinete 13.
La figura 6 ilustra cargas extremas, en forma de momentos de inclinación extremos (del inglés, extreme kip moments), que actúan sobre una unidad de cojinete 2 para un rotor de la técnica anterior. La ilustración se basa en cálculos de análisis de elementos finitos (FEA). La unidad de cojinete 2 comprende un elemento de cojinete en forma de C 3, que forma un anillo interior de la unidad de cojinete 2, y un elemento de cojinete en forma de T 4, que forma un anillo exterior de la unidad de cojinete 2. El elemento de cojinete en forma de T 4 comprende una parte sobresaliente 5, una pala de turbina eólica 10 está unida al elemento de cojinete en forma de C 3, y un buje 11 está unido al elemento de cojinete en forma de T 4, como se describió anteriormente con referencia a la figura 2.
El elemento de cojinete en forma de C 3 comprende una primera parte de elemento de cojinete 12 y una segunda parte de elemento de cojinete 13 con una interfaz 14 formada entre las mismas. Sin embargo, en la unidad de cojinete 2 de la figura 6, la interfaz 14 está colocada de manera que un par de pistas de rodadura 8 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 del elemento de cojinete en forma de C 3, que también es la que tiene la pala de turbina eólica 10 unida a la misma. Por consiguiente, fuerzas radiales que actúan sobre la pala de turbina eólica 10, y que es necesario que se transfieran al buje 11, a través del par de pistas de rodadura 8, no pasarán por la interfaz 14.
Puede verse a partir de la figura 6 que esta posición de la interfaz 14 tiene la consecuencia de que los momentos de inclinación extremos que actúan sobre la pala de turbina eólica 10 dan como resultado que se introduzca un espacio de separación entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13, en la interfaz 14. Además, puede verse que la segunda parte de elemento de cojinete 12 se desliza en una dirección hacia dentro con respecto a la primera parte de elemento de cojinete 13. Tal espaciado de separación y deslizamiento no es deseable, ya que pueden causar un mayor desgaste y fatiga en la unidad de cojinete 2.
La figura 7 ilustra cargas extremas, en forma de momentos de inclinación extremos, que actúan sobre una unidad de cojinete 2 para un rotor según una realización de la invención. La ilustración se basa en cálculos de análisis de elementos finitos (FEA), y las condiciones para los cálculos, incluyendo el nivel de carga, diseño de cojinetes, y escala de deformación, son idénticas a las condiciones subyacentes a los cálculos que forman la base de los cálculos ilustrados en la figura 6. La unidad de cojinete 2 ilustrada en la figura 7 es muy similar a la unidad de cojinete 2 de la figura 6, y, por lo tanto, no se describirá en detalle en este caso.
Sin embargo, en la unidad de cojinete de la figura 7, la interfaz 14 entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 está colocada de manera que un par de pistas de rodadura 8 está formado entre la parte sobresaliente 5 del elemento de cojinete en forma de T 4 y la primera parte de elemento de cojinete 12 de elemento de cojinete en forma de C 3. De este modo, fuerzas radiales que actúan sobre la pala de turbina eólica 10, y que es necesario que se transfieran al buje 11, a través de los elementos de rodillo del par de pistas de rodadura 8, pasan por la interfaz 14.
Puede verse a partir de la figura 7 que esta posición de la interfaz 14 da como resultado un espacio de separación significativamente reducido entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13, en comparación con la situación ilustrada en la figura 6. Además, el deslizamiento relativo entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13 se reduce significativamente, en comparación con la situación ilustrada en la figura 6. Por consiguiente, modos de fallo derivados tales como pérdida de pretensado del perno, fatiga del perno, y la fatiga de pista de rodadura en la unidad de cojinete 2 también se reducen significativamente.
El espacio de separación y el deslizamiento reducidos entre las partes de elemento de cojinete 12, 13 podrían provocarse por uno o más de los siguientes.
El área de sección transversal de la primera parte de elemento de cojinete 12 es mayor en la unidad de cojinete 2 de la figura 7 que en la unidad de cojinete 2 de la figura 6. Esto hace que la primera parte de elemento de cojinete 12 sea más rígida con respecto a la torsión alrededor de su centro de área de torsión-momento de inercia, reduciendo de ese modo el espacio de separación entre la primera parte de elemento de cojinete 12 y la segunda parte de elemento de cojinete 13.
Además, en la unidad de cojinete 2 de la figura 7, la primera parte de elemento de cojinete 12 está soportada por la fila radial de elementos de rodillo del par de pistas de rodadura 8, y este no es el caso en la unidad de cojinete 2 de la figura 6. Por lo tanto, con el fin de que las partes de elemento de cojinete 12, 13 de la unidad de cojinete 2 de la figura 7 se deslicen, la fila radial de elementos de rodillo debe comprimirse, mientras que esto no se requiere para la unidad de cojinete 2 de la figura 6.
Finalmente, para que se produzca deslizamiento, la primera parte de elemento de cojinete 12 experimenta una rotación aproximadamente alrededor del centro de su área de torsión-momento de inercia. La causa de la rotación es principalmente a partir de un momento que surge de un desplazamiento radial entre una fuerza axial de retención desde el par de pistas de rodadura 8 en la primera parte de elemento de cojinete 12 y una fuerza axial que se origina desde el momento de inclinación de pala que actúa a través de la interfaz 14. La presión de contacto en la interfaz 14, a través de fricción, puede proporcionar una fuerza de retención sobre la primera parte de elemento de cojinete 12 que actúa en la dirección radial y ubicada en la interfaz 14, lo que impide el deslizamiento. Cuanto más lejos se ubique esta fuerza de retención del centro de rotación de la primera parte de elemento de cojinete 12, más influencia tiene esta fuerza porque más aumenta el brazo de momento.
Debe indicarse que las deformaciones ilustradas en las figuras 6 y 7 se exageran para demostrar los efectos descritos anteriormente. Por lo tanto, en realidad, el espacio de separación y el deslizamiento serían demasiado pequeños para distinguirlos en las figuras.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un rotor (1) para una turbina eólica, comprendiendo el rotor (1) un buje (11) y al menos una pala de turbina eólica (10), estando cada pala de turbina eólica (10) montada en el buje (11) a través de una unidad de cojinete (2), comprendiendo cada unidad de cojinete (2):
    - un elemento de cojinete en forma de C (3) que define una superficie dispuesta axialmente y dos superficies dispuestas radialmente, formando el elemento de cojinete en forma de C (3) un anillo interior de la unidad de cojinete (2),
    - un elemento de cojinete en forma de T (4) que comprende una parte sobresaliente (5) dispuesta entre las superficies dispuestas radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3), formando el elemento de cojinete en forma de T (4) un anillo exterior de la unidad de cojinete (2),
    - un primer par de pistas de rodadura (6) que está formado entre la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4) y una primera superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3), un segundo par de pistas de rodadura (7) que está formado entre la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4) y una segunda superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3), y un tercer par de pistas de rodadura (8) que está formado entre la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4) y la superficie dispuesta axialmente del elemento de cojinete en forma de C (3),
    en el que una pluralidad de elementos de rodillo está colocada entre dicho primer par de pistas de rodadura (6), en el que una pluralidad de elementos de rodillo está colocada entre dicho segundo par de pistas de rodadura (7), y en el que una pluralidad de elementos de rodillo está colocada entre dicho tercer par de pistas de rodadura (8),
    en el que el buje (11) está unido a uno del elemento de cojinete en forma de C (3) y el elemento de cojinete en forma de T (4) y una pala de turbina eólica (10) está unida al otro del elemento de cojinete en forma de C (3) y el elemento de cojinete en forma de T (4), y
    en el que el elemento de cojinete en forma de C (3) comprende una primera parte de elemento de cojinete (12) y una segunda parte de elemento de cojinete (13), y una interfaz (14) entre la primera parte de elemento de cojinete (12) y la segunda parte de elemento de cojinete (13) está colocada de manera que el tercer par de pistas de rodadura (8) está formado entre la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4) y la primera parte de elemento de cojinete (12) del elemento de cojinete en forma de C (3) y el buje (11) o la pala de turbina eólica (10) se une a la segunda parte de elemento de cojinete (13) del elemento de cojinete en forma de C (3).
  2. 2. Un rotor (1) según la reivindicación 1, en el que el buje (11) está unido al elemento de cojinete en forma de T (4) , y la pala de turbina eólica (10) está unida al elemento de cojinete en forma de C (3).
  3. 3. Un rotor (1) según la reivindicación 1, en el que la pala de turbina eólica (10) está unida al elemento de cojinete en forma de T (4), y el buje (11) está unido al elemento de cojinete en forma de C (3).
  4. 4. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la interfaz (14) entre la primera parte de elemento de cojinete (12) y la segunda parte de elemento de cojinete (13) está colocada entre la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4) y una superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3), como se ve a lo largo de una dirección axial.
  5. 5. Un rotor (1) según la reivindicación 4, en el que la interfaz (14) entre la primera parte de elemento de cojinete (12) y la segunda parte de elemento de cojinete (13) del elemento de cojinete en forma de C (3) está colocada más cerca de la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3) que de la parte sobresaliente (5) del elemento de cojinete en forma de T (4).
  6. 6. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la interfaz (14) entre la primera parte de elemento de cojinete (12) y la segunda parte de elemento de cojinete (13) del elemento de cojinete en forma de C (3) interseca con una parte de elemento de cojinete en forma de C (3) definiendo la superficie dispuesta radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3).
  7. 7. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera parte de elemento de cojinete (12) y la segunda parte de elemento de cojinete (13) del elemento de cojinete en forma de C (3) se ensamblan por medio de pernos.
  8. 8. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el buje (11) o la pala de turbina eólica (10) se une a una parte que se extiende radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3), definiendo la parte que se extiende radialmente una de las superficies que se extienden radialmente.
  9. 9. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las superficies que se extienden radialmente del elemento de cojinete en forma de C (3) se desplazan axialmente entre sí.
  10. 10. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pala de turbina eólica (10) está unida al elemento de cojinete en forma de C (3) o al elemento de cojinete en forma de T (4) por medio de una pluralidad de pernos.
  11. 11. Un rotor (1) según la reivindicación 10, en el que los pernos se reciben en conectores de tipo zanahoria montados en la pala de turbina eólica (10).
  12. 12. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un dispositivo para controlar movimientos de regulación de paso de la pala de turbina eólica (10) en relación con el buje (11).
  13. 13. Un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que elementos de rodillo dispuestos entre al menos uno de los pares de pistas de rodadura (6, 7, 8) están dispuestos en celdas.
  14. 14. Una turbina eólica que comprende una torre, una góndola montada en la torre, y un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores montado de manera rotatoria en la góndola.
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